DE102017221034B3

DE102017221034B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Installationswinkels zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und einer Erfassungsrichtung eines Mess- bzw. Radarsensors

Info

Publication number: DE102017221034B3
Application number: DE102017221034.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Lehning; Dima Pröfrock; André Pappendorf
Original assignee: Jenoptik Robot GmbH
Current assignee: Jenoptik Robot GmbH
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-11-25
Also published as: AU2018373751A1; WO2019101774A1; CN111492258A; AU2018373751B2; EP3714286A1; EP3714286C0; EP3714286B1; US20210124041A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (500) zur Ermittlung eines Installationswinkel (α) zwischen einer Fahrbahn (170), auf der ein Fahrzeug (100) fährt, und einer Erfassungsrichtung (122) eines Mess- bzw. Radarsensors (105), wobei das Verfahren (500) einen Schritt (510) des Einlesens von einer Mehrzahl von Reflektionssignalen (125) aufweist, die je einen Mess- bzw. Radarstrahl (120) repräsentieren, der von einer Sendeeinheit (115) des Mess- bzw. Radarsensors (105) ausgesandt und an je einem unterschiedlichen Reflektionsabschnitt (130) des Fahrzeugs (100) reflektiert wurde, wobei die Reflektionssignale (125) eine Bewegungsinformation über eine Bewegungsrichtung des Reflektionsabschnitts (130) des Fahrzeugs (100) aufweisen, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl (120) reflektiert wurde und/oder wobei die Reflektionssignale (125) eine Positionsinformation aufweisen, die die Position (420) des Reflektionsabschnitts (130) des Fahrzeugs (100) repräsentiert, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl (120) reflektiert wurde. Ferner umfasst das Verfahren (500) einen Schritt (520) des Detektierens einer Bewegungsrichtungskomponente (v) der durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) aus der Mehrzahl von Reflektionssignalen (125), bei der alle Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) eine gleichartige Bewegung ausführen und/oder einer Bewegungsrichtungskomponente (v), bei die durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen (420) der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) unter der Annahme der Bewegung entsprechend der Bewegungsrichtungskomponente (v) auf einen gleichen Zeitpunkt abgebildet werden und zu diesem Zeitpunkt in einer zweidimensionalen Darstellung eine Form bilden, die die größte Ähnlichkeit mit einer L-Form (410) aufweist. Schließlich umfasst das Verfahren (500) einen Schritt (530) des Bestimmens des Installationswinkels (α) unter Verwendung der detektierten Bewegungsrichtungskomponente (v).

Description

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Installationswinkel zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und einer Erfassungsrichtung eines Mess- bzw. Radarsensors gemäß den Hauptansprüchen.
Um Verkehrsverstöße, insbesondere Verstöße gegen eine Höchstgeschwindigkeit von Fahrzeugen im Straßenverkehr ahnden zu können, sind hochpräzise und damit juristisch verwertbare Messergebnisse erforderlich. Oftmals werden solche Messergebnisse durch Radaranlagen generiert, welche ein Radarsignal aussenden, ein vom zu messenden Fahrzeug reflektiertes Signal als Reflektionssignal empfangen und dieses auswerten. Problematisch ist hierbei jedoch, wenn die Erfassungsrichtung des Radarsensors, genauer gesagt, die Erfassungsrichtung des Radarsensors für das reflektierte Signal in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn nicht genau bekannt ist, da hierdurch Messfehler auftreten, die gegebenenfalls das Messergebnis juristisch nicht mehr verwertbar machen. Insofern ist es von großem Interesse, den Installationswinkel zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und einer Erfassungsrichtung des Radarsensors genau zu kennen, um unter Kenntnis dieses Installationswinkels ein hochgenaues Messergebnis erhalten zu können.
Die DE 10 2014 003 152 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines Objektparameters, wie beispielsweise einer Objektgeschwindigkeit, eines Verkehrsmittels im Rahmen eines Verkehrsüberwachungssystems, wobei ein Installationswinkel eines Sensors vorgegeben ist.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine verbesserte Möglichkeit zur Ermittlung des Installationswinkels zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und eine Erfassungsrichtung eines Mess- bzw. Radarsensors zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorliegend wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Installationswinkels zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und einer Erfassungsrichtung eines Mess- bzw. Radarsensors vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen von einer Mehrzahl von Reflektionssignalen, die je ein Reflektionssignal repräsentieren, das von einem von einer Sendeeinheit des Mess- bzw. Radarsensors ausgesandten Mess- bzw. Radarstrahl und an je einem unterschiedlichen Reflektionsabschnitt des Fahrzeugs reflektiert wurde, wobei die Reflektionssignale eine Bewegungsinformation über eine Bewegungsrichtung des Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs aufweisen, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl reflektiert wurde und/oder wobei die Reflektionssignale eine Positionsinformation aufweisen, die die Position des Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs repräsentiert, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl reflektiert wurde;
- Detektieren einer Bewegungsrichtungskomponente der durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs aus der Mehrzahl von Reflektionssignalen, bei der alle Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs eine gleichartige Bewegung ausführen und/oder einer Bewegungsrichtungskomponente, bei der die durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs unter der Annahme einer Bewegung entsprechend der Bewegungsrichtungskomponente auf einen gleichen Zeitpunkt umgerechnet werden und zu diesem Zeitpunkt in einer zweidimensionalen Darstellung eine Form bilden, die die größte Ähnlichkeit mit einer L-Form aufweist; und
- Bestimmen des Installationswinkels unter Verwendung der detektierten Bewegungsrichtungskomponente.

Unter einer Bewegungsrichtungskomponente kann beispielsweise ein Bewegungsvektor verstanden werden, der eine Komponente, beispielsweise nach einer Vektorzerlegung, der Bewegungsrichtung eines Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs entspricht. Unter einer Position der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs kann eine geographische oder relative Position des entsprechenden Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs in Bezug zum Mess- bzw. Radarsensor verstanden werden. Unter einer größten Ähnlichkeit kann ein Maß verstanden werden, welches die Abweichung der durch die Positionen der Reflektionsabschnitte zum gleichen Zeitpunkt gebildeten Form von der L-Form charakterisiert. Beispielsweise kann zur Bestimmung der größten Ähnlichkeit eine Standardabweichung der entsprechenden Positionen der Reflektionsabschnitt zum gleichen Zeitpunkt von dem längeren bzw. dem kürzeren Abschnitt der L-Form bestimmt werden.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass die Mehrzahl von Reflektionssignalen dahingehend analysiert wird, dass beispielsweise in mehreren (Iterations-) Zyklen unterschiedliche Bewegungsrichtungskomponenten angenommen werden und die Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs unter Verwendung dieser angenommenen Bewegungsrichtungskomponenten zerlegt werden. Hierbei kann dann erkannt werden, dass eine bestimmte der angenommenen Bewegungsrichtungkomponente extrahiert werden kann, die für alle Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs gleich ist, sodass diese Bewegungsrichtungkomponente dann beispielsweise als Fahrtrichtung bzw. Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs interpretiert werden kann, da alle Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs direkt mit dem Fahrzeug verbunden sein müssen und somit eine Bewegung in Richtung der Bewegungsrichtungkomponente aufweisen müssen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Bewegungsrichtungkomponente durch ein Zurückrechnen der zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhaltenen Reflektionssignale bzw. den darin enthaltenen Positionsinformationen detektiert werden. Hierbei kann ebenfalls ausgenutzt werden, dass für unterschiedliche angenommene Bewegungsrichtungskomponenten bei dem Zurückrechnen der Positionen auf einen gleichen Zeitpunkt diejenige Bewegungsrichtungskomponente am Wahrscheinlichsten ist, bei der eine kleinste Abweichung zwischen einer oder mehreren Komponenten einer L-Form und der zweidimensionalen Darstellung der auf den gleichen Zeitpunkt zurückgerechneten Positionen auftritt. Die L-Form kann hierbei stellvertretend für die Form des Fahrzeugs aus Sicht des Mess- bzw. Radarsensors angenommen werden, bei der die längere Seite (als eine erste Komponente) der L-Form einer Fahrzeuglängsseite und die kürzere Seite (als eine zweite Komponente) der L-Form der Front oder dem Heck des Fahrzeugs entspricht. Wird dagegen eine Bewegungsrichtungkomponente beim Zurückrechnen der Positionen auf den gleichen Zeitpunkt verwendet, die von der tatsächlichen Bewegungsrichtungskomponente der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs deutlich abweicht, wird dies bei dem Zurückrechnen der Positionen auf den gleichen Zeitpunkt zu einer „Verschmierung“ der durch die zurückgerechneten Positionen in der zweidimensionalen Darstellung gebildeten Form führen, sodass hieraus erkannt werden kann, dass die Wahl der zugrunde liegenden Bewegungsrichtung Komponente nicht optimal war.
Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass durch technisch sehr einfache Umsetzung aus bereits vorhandenen Signalen die Bewegungsrichtung Komponente des Fahrzeugs detektiert bzw. verifiziert werden kann, sodass die Bestimmung des Installationswinkels beispielsweise mittels bekannten Verfahren unter Verwendung der nun detektierten Bewegungsrichtungskomponente technisch sehr einfach durchgeführt werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Aufwand zur Einrichtung eines Mess- bzw. Radarsensors als Messstelle für Verkehrsverstöße einerseits deutlich vereinfachen und weiterhin die Präzision der Messergebnisse deutlich verbessern.
Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Detektierens die Bewegungsrichtungskomponente unter Verwendung eines Lösungsverfahrens für ein überbestimmtes Gleichungssystem und/oder eine Hough-Transformation detektiert wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, technisch ausgereifte Verfahren zur Detektion der Bewegungsrichtungkomponente einsetzen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Detektierens die größte Ähnlichkeit der Form durch die Bestimmung derjenigen Bewegungsrichtungskomponente detektiert werden, bei der die durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs die kleinste Standardabweichung von einer der Komponenten der L-Form aufweisen. Hierbei kann beispielsweise eine Standardabweichung der auf den gleichen Zeitpunkt zurückgerechneten Positionen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs in Bezug zu der längeren und/oder kürzeren Seite als Komponente der L-Form bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer schnellen und präzisen Detektion der Wahrscheinlichsten von mehreren möglichen bzw. angenommenen Bewegungsrichtungskomponenten, die dann als detektierte Bewegungsrichtungskomponente weiterverwendet wird.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Detektieren Zeitpunkte der Erfassung der durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs in Bezug zu der Bewegungsrichtungskomponente gesetzt werden, um Positionen der Reflektionsabschnitte zu dem gleichen Zeitpunkt zu erhalten. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet die Möglichkeit, unterschiedliche angenommene Bewegungsrichtungskomponenten zu verwenden und unter Verwendung der Zeitpunkte, die auch als Zeitstempel betrachtet werden können, eine Position der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs zu einem gleichen Zeitpunkt zu bestimmen. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Präzision bei der Erkennung der wahrscheinlichsten Bewegungsrichtungskomponente mit oftmals bereits Verfügung stehenden Reflektionssignalen erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können im Schritt des Detektierens die durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionabschnitte als Radialgeschwindigkeitsvektoren der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs verarbeitet oder interpretiert werden, um die Bewegungsrichtungskomponente zu detektieren. Unter einem Radialgeschwindigkeitsvektor kann hierbei ein Geschwindigkeitsvektor in Erfassungsrichtung des Mess- bzw. Radarsensors verstanden werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, die Signale des Mess- bzw. Radarsensors als Reflektionssignale ohne großen Informationsverlust weiterverarbeiten zu können.
Besonders sicher und zuverlässig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der ferner ein Schritt Nachverfolgens des Fahrzeugs erfolgt, insbesondere wobei der Installationswinkel ferner unter Verwendung einer Information über das nachverfolgte Fahrzeug iterativ bestimmt wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, eine einfache Verifikationsmöglichkeit für den bestimmten Installationswinkel durch einen einfach auszuführenden Einlern- bzw. Nachlernvorgang bereitzustellen, sodass die entsprechend erhaltenen Messergebnisse einer solchen Signalverarbeitung als sehr zuverlässig betrachtet werden können.
Günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der ferner ein Schritt des statistischen Erfassens der Auftrittswahrscheinlichkeit von Positionen der Reflektionabschnitte erfolgt, um die Fahrspur des Fahrzeugs zu erhalten, wobei der Installationswinkel unter Verwendung der erhaltenen Fahrspur ermittelt wird. Auch durch eine solche Ausführungsform lässt sich eine Verifikationsmöglichkeit für den bestimmten Installationswinkel schaffen, sodass ebenfalls die erhaltenen Messergebnisse einer solchen Signalverarbeitung als sehr zuverlässig betrachten werden können.
Ferner schaffte der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Ermitteln eines Installationswinkels zwischen der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt, und der Erfassungsrichtung des Mess- bzw. Radarsensors gemäß einer hier vorgestellten Variante; und
- Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Verwendung des ermittelten Installationswinkels.

Durch eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes lässt sich vorteilhaft die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit hoher Messgenauigkeit erfassen, sodass eine derart erfasste Geschwindigkeit den Anforderungen einer juristischen Verwertbarkeit dieser Messergebnisse entsprechend.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert, wobei eine wiederholte Beschreibung von gleichen oder ähnlichen Elementen in den unterschiedlichen Figuren vermieden wird, wobei diese Elemente durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dem Einsatz eines Mess- bzw. Radarsensors kann es sich insbesondere auch um optische Sensoren wie Laser- bzw. Lichtsensoren unterschiedlichster Frequenzen und Bandbreiten handeln, welche aus Gründen der Übersicht und Lesbarkeit abschließend nicht aufgezählt werden sollen. Beispielhaft und besonders bevorzugt soll die Funktionsweise anhand des Radarsensors dargestellt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Szenario, bei dem eine Messung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mittels eines Radarsensors unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt;
2 zwei Diagramme zur Darstellung der Detektion der optimalen Bewegungsrichtungskomponente;
3 ein Diagramm zur Darstellung einer Reflektionsstatistik zur Bestimmung der Positionen der Reflektionsabschnitte in Bezug zum Radarsensor;
4 Darstellungen zur Erläuterung einer Erfassung der Bewegungsrichtungskomponente durch die Auswertung von Objektkonturen; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Szenario, die eine Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs 100 mittels eines Radarsensors 105 unter Verwendung einer Vorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgen. Der Radarsensor 105 umfasst hierbei ein Sende- und Empfangsmodul 115 zum Aussenden von einer Mehrzahl von Radarstrahlen 120 in eine Aussende- (bzw. aufgrund der kurzen Laufzeit der Radarstrahlen120) bzw. Erfassungsrichtung 122 und zum Empfangen von Reflektionssignalen 125 aus der Erfassungsrichtung 122, wobei die Reflektionssignale 125 je einem an einem Reflektionsabschnitt 130 des Fahrzeugs 100 reflektierten Radarsignal 120 entsprechen. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ist in der 1 lediglich die Aussendung und der Empfang eines einzelnen Radarsignals 120 und des entsprechenden Reflektionssignals 125 dargestellt, wobei die Darstellung selbstredend auch die Verhältnisse für die Aussendung von mehreren Radarsignalen 120 und den Empfang und von mehreren Reflektionssignalen 125 beschreibt.
Aus dem Sende- und Empfangsmodul 115 werden die Reflektionssignale 125 über eine Einleseschnittstelle 135 in die Vorrichtung 110 zur Ermittlung eines Installationswinkels α_Install zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug 100 fährt, und einer Erfassungsrichtung 122 eingelesen und an eine Einrichtung 140 zum Detektieren der Bewegungsrichtungskomponente v₀ übertragen. In der Einrichtung 140 zum Detektieren der Bewegungsrichtungskomponente v₀ wird dann in einer nachfolgend noch näher beschriebenen Vorgehensweise aus den Reflektionssignalen die Bewegungsrichtungskompoente v₀ bestimmt und an eine Einrichtung 145 zum Bestimmen des Installationswinkels α_Install weitergegeben.
Der auf diese Weise ermittelte Installationswinkel α_Install kann nun beispielsweise in einer Vorrichtung 150 zur Erfassung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 weiterverarbeitet werden, in welcher ein der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 entsprechender Messwert 160 ermittelt wird, der dann mit hoher Genauigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 entspricht und somit in einer juristisch verwertbaren Weise zur Überwachung des Verkehrsgeschehens verwendet werden kann.
Um nun die Bestimmung des Installationswinkels α_Install vornehmen zu können, ist es erforderlich, einerseits die Bewegung des Fahrzeugs 100 mit der Bewegungsrichtungskomponente v₀ zu ermitteln, da sich alle Reflektionsabschnitte 130 des Fahrzeugs 100 mit einer gleichen Bewegungsrichtungskomponente v₀ bewegen und andererseits auch die Richtung des Reflektionsabschnitts 130 zum Radarsensor 105 (d. h. die Richtung, aus der das Reflektionssignal 125 erhalten wird) bewegen und/oder die Position des Reflektionsabschnitts 130 in Bezug zum Radarsensor 105 zu kennen. Ferner kann auch noch ein Winkel α_Fahrz zwischen einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 100 auf einer Fahrbahn 170 und der Erfassungsrichtung 122 berücksichtigt werden. Hierdurch ist es dann beispielsweise möglich, für Reflektionssignale 125, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen und mit entsprechenden Zeitstempel bzw. Zeitinformationen versehen wurden, eine entsprechende Zurückrechnung der Position der Reflektionsabschnitte 130 zu einem gleichen bzw. identischen Zeitpunkt vornehmen zu können. Auf diese Weise wird es möglich, auch Reflektionssignale 125, die über einen längeren Zeitraum erstreckt aufgenommen wurden, zu verwenden, und hierdurch eine möglichst hohe Präzision eines erhaltenen Messergebnisses zu erhalten.
Denkbar ist weiterhin, dass die Positionen der Reflektionsabschnitte 130 in Bezug zum Radarsensor 105, genauer der Sende- und Empfangseinheit 115 erfasst und als entsprechende Positionsinformationen im Reflektionssignal 125 enthalten sind. Hierdurch können beispielsweise die Positionen der Reflektionsabschnitte 130 des Fahrzeugs 100 (beispielsweise unter Verwendung des Abstandes r_r aus 1) verändert werden, wobei in diesem Fall auch eine Geschwindigkeitskomponente v_r des Fahrzeugs 100 in Richtung der Erfassungsrichtung 122 gemessen wird, die einer Radialgeschwindigkeit aus Sicht des Radarsensors 105 entspricht. Für ein sehr präzises Messergebnis kann auch noch ein Winkel α_Ri berücksichtigt werden, der zwischen dem Installationswinkel α_Install und der Richtung der Bewegungsrichtungskomponente v₀ gemessen wird, sodass auch noch die Abweichung der tatsächlichen Bewegung des Fahrzeugs 100 von einer Ausrichtung der Fahrbahn 170 erfasst werden kann, wobei diese Abweichung im Vergleich zu anderen Winkeln meist nicht besonders groß ist. Die Bewegungsrichtungskomponente v₀ kann hierbei näherungsweise unter Verwendung der in der 1 angegebenen Größen wie folgt berechnet werden: $v_{0} = \frac{v_{r}}{cos (α_{F a h r z})} = \frac{v_{r}}{cos (α_{R i} + α_{r})} \approx \frac{v_{r}}{cos (α_{I n s t a l l} + α_{r})}$
Ist nun die Bewegungsrichtungskomponente v₀ bekannt, kann die vorstehende Gleichung beispielsweise bezüglich des Installationswinkels α_Install aufgelöst werden, um hierdurch diesen Wert für den Installationswinkel α_Install zu erhalten.
Nachfolgend wird eine genauere Beschreibung der Vorgehensweise zur Ermittlung der Messwerte vorgestellt, wobei als Radarsensor 105 hier beispielsweise ein Trackingradarsystem, insbesondere als ein FSK-Radar eingesetzt wurde. Es kann die Position in x-y-Koordinaten (bzw. Polarkoordinaten) und die relative Geschwindigkeit v_r einzelner Reflektoren bzw. Reflektionsabschnitte 130 bestimmen. Die relative Geschwindigkeit v_r ist die Geschwindigkeit eines Reflektors bzw. Reflektionsabschnitts 130 in Relation zum Radarsensor 105. Die getrackten Objekte (hier die Fahrzeuge 100) des Radarsensors 105 werden zur Erfassung von Verkehrsverstößen eingesetzt. Hierfür werden unter anderem beispielsweise Position, Geschwindigkeit, Größe und Bewegungsrichtung der Objekte bzw. Fahrzeuge 100 benötigt. Insbesondere für die Erfassung der genauen Geschwindigkeit v_o als Bewegungsrichtungskomponente zur Ahndung von Geschwindigkeitsverstößen ist die Bewegungsrichtung α_Ri eines Objektes wie dem Fahrzeug 100 in Relation zum Radarsensor 105 eine wichtige Größe, wie dies in der 1 näher dargestellt ist.
Die Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsrichtungskomponente v₀ eines einzelnen Objektes wie dem Fahrzeug 100 in die Bewegungsrichtung α_Ri wird beispielsweise mittels Tracking bestimmt. Unter Zuhilfenahme des Installationswinkels (auch als Eindrehwinkel bezeichnet) α_Install können Tracks mit einer annähernd korrekten Bewegungsrichtung initialisiert werden. Dadurch kann die tatsächliche Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsrichtungskomponente v₀ ausreichend schnell bzw. auch auf kurzen Strecken erfasst werden, um für Geschwindigkeitsverstöße Objektgeschwindigkeiten v_o mit einer ausreichenden Genauigkeit zu ermitteln.
Das heißt, für das aktuelle Trackingradar ist eine genaue Kenntnis des Installationswinkels α_Install notwendig, um Verkehrsverstöße mit einer ausreichenden Geschwindigkeitsgenauigkeit zu erfassen. Ein gängiger Weg den Installationswinkel α_Install zu bestimmen, ist die Justierung des Gehäuses des Radarsensors 105 zur Straße bzw. Fahrbahn 170. Dabei können verschiedene Hilfsmittel (Winkeldreieck, Laser-Entfernungsmesser, bildgebende Sensoren (Kameras) mit bekannter Relation zum Radar, etc.) verwendet werden. Je nach technischem Aufbau des Gesamtmesssystems kann dieser Ansatz ungenau, schwierig oder nicht lösbar sein. Wird das Radar z. B. in einem externen Gehäuse verbaut, besteht nur noch die Möglichkeit das externe Gehäuse zur Straße bzw. Fahrbahn 170 auszurichten. Hier ist der Installationswinkel α_Install von der Genauigkeit und Stabilität der Konstruktion abhängig. Wird das Radar oder das Gehäuse an unzugänglichen Stellen installiert (z. B. sehr hoch) ist eine Kalibrierung des mechanischen Aufbaus zur Straße 170 kaum möglich.
Eine Alternative zur Kalibrierung zwischen mechanischem Aufbau und Straße 170 ist die Verwendung der vom Radarsensor 105 gelieferten Informationen. So werden z. B. im FS3-Learning-Tool die vom Radarsensor 105 gelieferten Tracks hinsichtlich ihrer Bewegungsrichtung analysiert, um daraus den Installationswinkel α_Install abzuleiten. Weil vom Radarsensor 105 aufgrund der beschränkten Bandbreite nur ein Bruchteil der Informationen geliefert werden und die vom Radar bzw. Radarsensor 105 gelieferten Tracks fehlerbehaftet sein können, liefert dieser Ansatz in bestimmten Szenarien keine ausreichend hohe Genauigkeit zur Bestimmung des Installationswinkels α_Install .
Ist es schwierig oder nicht möglich das Radar 105 über das Gehäuse einzurichten, wird die Verwendung einer Selbsteinrichtung des Radars (bzw. synonym Radarsensors 105) vorgeschlagen. Hierfür nutzt das Radar 105 interne Informationen, um die durchschnittliche Bewegungsrichtung v₀ von Fahrzeugen wie dem in der 1 beispielhaft dargestellten Fahrzeug 100, und damit den Installationswinkel α_Install , zu lernen. Hierfür können verschiedene unabhängige Informationen bzw. Vorgehensweisen genutzt werden:
Variante 1: Erfassen des Installationswinkels α_Install durch Tracking
Sich bewegende Objekte wie das Fahrzeug 100 werden mit einem initialen Winkel α_Install (z. B. 0°) initialisiert. Durch Tracken der Objekte 100 kann der Verlauf der Bewegung (Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsrichtungskomponente v₀ ) bestimmt werden und ein Differenzwinkel zu dem initialen Winkel für den Installationswinkel α_Install bestimmt werden. Der initiale Winkel α_Install kann um die Differenz korrigiert werden. Durch Wiederholung des Vorganges kann sich so der ursprüngliche initiale Installationswinkel α_Install dem tatsächlichen Installationswinkel α_Install immer weiter annähern.
Variante 2: Erfassen des Installationswinkels α_Install durch die Objektgeschwindigkeit als Bewegungsrichtungskomponente v₀
Es wird von der Annahme ausgegangen, dass sich alle Reflektionsabschnitte 130 (synonym auch Reflektoren) eines Fahrzeuges 100 mit derselben Geschwindigkeit und derselben Richtung vorwärtsbewegen. Durch den unterschiedlichen Betrachtungswinkel α_Fahrz der Reflektoren 130 sind die gemessenen Radialgeschwindigkeiten v_r der Reflektoren 130 verschieden. Unter der obigen Annahme kann eine gemeinsame Bewegungsrichtung als Bewegungsrichtungskomponente v₀ ermittelt werden, bei der alle Reflektoren 130 dieselbe Geschwindigkeit haben. Diese Bewegungsrichtungskomponente v₀ entspricht dem Installationswinkel α_Install . Die Lösung des Problems (d. h., das Auffinden der optimalen Bewegungsrichtungskomponente v₀ ) kann mit verschiedensten Methoden erfolgen. Es bietet sich z. B. die Lösung eines überbestimmten Gleichungssystems oder eine Hough-Transformation an.
2 zeigt zwei Diagramme zur Darstellung der Detektion der optimalen Bewegungsrichtungskomponente v₀ . Hierbei wird im linken Diagramm auf der Abszisse eine hypothetische Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsrichtungskomponente v₀ dargestellt, die innerhalb eines Toleranzbereichs von beispielsweise 10 m/s um einen Referenzwert 0, der auf der Abszisse mittig angeordnet ist) abweicht. Auf der Ordinate des linken Diagramms ist die hypothetische Fahrzeuggeschwindigkeit im m/s aufgetragen.
In dem rechten Teildiagramm aus der 2 ist eine Akkumulationsamplitude dargestellt, die angibt, wie viele Messwerte der Mehrzahl von Messwerten des Radarsensors 105 (aufgetragen auf der Ordinate) für die jeweilige hypothetische Bewegungsrichtungskomponente v₀ (aufgetragen auf der Abszisse) erhalten wurden.
Aus dem rechten Diagramm der 2 ist hierbei erkennbar, dass die größte Anzahl von Messwerten bei einer hypothetischen Bewegungsrichtungskomponente v₀ an einem Wert knapp rechts neben dem Referenzwert auftritt. Dies korreliert auch mit einem Ergebnis aus dem linken Diagramm, aus dem ebenfalls erkennbar ist, dass die höchste Häufigkeit bei einem Wert von knapp rechts neben dem Referenzwert auftritt, und zwar auch bei einer hypothetischen Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 m/s, die dann auch als Wert der Bewegungsrichtungskomponente v₀ detektiert wird.
Variante 3: Erfassung des (Installations-)Winkels α_Install durch Reflexionsstatistiken
Durch Akkumulation der Rohziele bzw. der als Positionsinformationen erfassten Positionen der Reflektionsabschnitte 130 in einer 2D-Karte kann die Auftrittswahrscheinlichkeit von Positionen der Rohziele als der Reflektionsabschnitte 130 in der Welt bestimmt werden.
3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Reflektionsstatistik zur Bestimmung der Positionen der Reflektionsabschnitte 130 in Bezug zum Radarsensor 105. Hierbei ist auf der Abszisse eine Koordinate der relativen Position des Reflektionsabschnitts 130 in x-Richtung bezüglich des Radarsensors 105 und auf der Ordinate eine Koordinate der relativen Position des Reflektionsabschnitts 130 in y-Richtung bezüglich des Radarsensors 105 aufgetragen. Es ist wiederum erkennbar, dass in dem Diagramm zwei Punktwolken 310 und 320 auftreten, die diejenigen Positionen repräsentieren, an denen viele Reflektionsabschnitte 130 des Fahrzeugs 100 erkannt wurden. Hieraus lassen sich die Fahrspuren und deren Verlauf und damit der Installationswinkel α_Install ableiten.
Variante 4: Erfassen des (Installations-)Winkels α_Install durch Objektkonturen
Bei der Vorbeifahrt eines Fahrzeuges 100 am Radar 105 sind typischerweise Teile der Fahrzeugseite und der Fahrzeugfront/-heck sichtbar. Es kann die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit v_o verwenden werden; um alle gemessenen Reflexionen auf einen Zeitpunkt zu projizieren.
4 zeigt Darstellungen zur Erläuterung einer Erfassung der Bewegungsrichtungskomponente v_o durch Auswertung von Objektkonturen. Hierbei ist in einer linken Darstellung ein Bild eines LKWs als Fahrzeug 100 gezeigt, wie das Fahrzeug von hinten aus erscheint. Zu erkennen sind somit die Längsseite als längere Seite des Fahrzeugs 100 als LKW und die Heckseite des LKWs 400 als kürzere Seite. Werden nun vom Radarsensor 105 Radarstrahlen 120 auf das Fahrzeug 100 abgestrahlt und die von den unterschiedlichen Reflektionsabschnitten 130 zurückreflektierten Reflektionssignale 125 hinsichtlich der Positionen ausgewertet, an denen die Reflektionsabschnitte 130 sich relativ zum Radarsensor 105 befinden, dann kann bei einer zweidimensionalen Darstellung eine Form der durch die Reflektionssignale 125 repräsentierten Positionen 420 erhalten werden, die einer L-Form 410 gemäß dem rechten Diagramm der 4 entspricht. Das Ergebnis einer solchen Darstellung der Positionen 420 der Reflektionsabschnitte 130 ist somit eine typische L-Form 410 (Front/Heck und Seite). Je nachdem welche Bewegungsrichtungskomponente v₀ des Fahrzeuges 100 angenommen wird, ist die L-Form 410 scharf oder diffus ausgeprägt. Es kann somit die Bewegungsrichtungskomponente v₀ des Objektes bzw. Fahrzeugs 100 und damit den Installationswinkel α_Install bestimmen, indem man den optimalen Winkel auswählt bei dem die Projektion bzw. die durch die zweidimensionale Abbildung der Positionen der Reflektionsabschnitte 130 möglichst scharf ausgeprägt ist, sodass diese durch die Projektion erhaltene Form die größte Ähnlichkeit bzw. die kleinste Abweichung von der L-Form aufweist. Mathematisch kann eine solche größte Ähnlichkeit bzw. kleinste Abweichung beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass für diese Bewegungsrichtungskomponente v₀ eine möglichst kleine Standardabweichung des Seitenanteils und des Front/Heckanteils der projizierten Positionen in Bezug zu Komponenten wie dem längeren oder kürzeren Balken des L der L-Form vorliegt.
Für das Lernen des Installationswinkels α_Install kann eine der vorgeschlagenen Methoden oder die Kombination mehrerer Methoden verwendet werden. Zur Erhöhung der Stabilität der Bestimmung des Installationswinkels α_Install kann die Bewegungsrichtungskomponente v₀ mehrerer Fahrzeuge 100 erfasst und kombiniert werden. Auf diese Weise kann die Auswertung der Reflektionssignale 125 für mehrere Reflektionsabschnitte 130 an mehreren Fahrzeugen 100 zu einer Erhöhung der Präzision der von dem Radarsensor 105 im folgenden Messbetrieb erhaltenen Messwerte führen.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Bestimmen des Installationswinkels α_Install zwischen einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug fährt, und einer Erfassungsrichtung eines Radarsensors. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Einlesens, einen Schritt 520 des Detektierens und einen Schritt 530 des Bestimmens. Im Schritt 510 des Einlesens wird eine Mehrzahl von Reflektionssignalen eingelesen, die je ein Reflektionssignal repräsentieren, das von einem von einer Sendeeinheit des Radarsensors ausgesandten Radarstrahl und an je einem unterschiedlichen Reflektionsabschnitt des Fahrzeugs reflektiert wurde, wobei die Reflektionssignale eine Bewegungsinformation über eine Bewegungsrichtung des Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs aufweisen, an dem der Radarstrahl reflektiert wurde und/oder wobei die Reflektionssignale eine Positionsinformation aufweisen, die die Position des Reflektionsabschnitts des Fahrzeugs repräsentiert, an dem der Radarstrahl reflektiert wurde. Im Schritt 520 des Detektierens wird eine Bewegungsrichtungskomponente der durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs aus der Mehrzahl von Reflektionssignalen detektiert, bei der alle Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs eine gleichartige Bewegung ausführen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Bewegungsrichtungskomponente detektiert werden, bei der durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte des Fahrzeugs unter der Annahme der Bewegung entsprechend der Bewegungsrichtungskomponente auf einen gleichen Zeitpunkt abgebildet werden und zu diesem Zeitpunkt in einer zweidimensionalen Darstellung eine Form bilden, die die größte Ähnlichkeit mit einer L-Form aufweist. Im Schritt 530 des Bestimmens wird der Installationswinkel unter Verwendung der detektierten Bewegungsrichtungskomponente bestimmt.
Ferner zeigt 5 ein Verfahren 550 zur Erfassung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100, wobei das Verfahren 550 die Schritte des Verfahrens 500 und einen Schritt 560 des Erfassens der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 unter Verwendung des ermittelten Installationswinkels α_Install aufweist.

Claims

Verfahren (500) zur Ermittlung eines Installationswinkel (α_Install) zwischen einer Fahrbahn (170), auf der ein Fahrzeug (100) fährt, und einer Erfassungsrichtung (122) eines Mess- bzw. Radarsensors (105), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist: - Einlesen (510) von einer Mehrzahl von Reflektionssignalen (125), die je ein Reflektionssignal (125) repräsentieren, das von einem von einer Sendeeinheit (115) des Mess- bzw. Radarsensors (105) ausgesandten Mess- bzw. Radarstrahl (120) und an je einem unterschiedlichen Reflektionsabschnitt (130) des Fahrzeugs (100) reflektiert wurde, wobei die Reflektionssignale (125) eine Bewegungsinformation über eine Bewegungsrichtung des Reflektionsabschnitts (130) des Fahrzeugs (100) enthalten, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl (120) reflektiert wurde und/oder wobei die Reflektionssignale (125) eine Positionsinformation enthalten, die die Position (420) des Reflektionsabschnitts (130) des Fahrzeugs (100) repräsentiert, an dem der Mess- bzw. Radarstrahl (120) reflektiert wurde; - Detektieren (520) einer Bewegungsrichtungskomponente (vo) der durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) aus der Mehrzahl von Reflektionssignalen (125), bei der alle Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) eine gleichartige Bewegung ausführen und/oder einer Bewegungsrichtungskomponente (v₀), bei der durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen (420) der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) unter der Annahme einer Bewegung entsprechend der Bewegungsrichtungskomponente (v₀) auf einen gleichen Zeitpunkt abgebildet werden und zu diesem Zeitpunkt in einer zweidimensionalen Darstellung eine Form bilden, die die größte Ähnlichkeit mit einer L-Form (410) aufweist; und - Bestimmen (530) des Installationswinkels (α_Install) unter Verwendung der detektierten Bewegungsrichtungskomponente (v₀).
Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt des Detektierens (520) die Bewegungsrichtungskomponente (v₀) unter Verwendung eines Lösungsverfahrens für ein überbestimmtes Gleichungssystem und/oder eine Hough-Transformation detektiert wird.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Detektierens (520) die größte Ähnlichkeit der Form durch die Bestimmung derjenigen Bewegungsrichtungskomponente (v₀) detektiert wird, bei der durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) die kleinste Standardabweichung von einer der Komponenten der L-Form (410) aufweisen.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Detektierens (520) Zeitpunkte der Erfassung der durch die Positionsinformationen repräsentierten Positionen der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) in Bezug zu der Bewegungsrichtungskomponente (v₀) gesetzt werden, um Positionen der Reflektionsabschnitte (130) zu dem gleichen Zeitpunkt zu erhalten.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Detektierens (520) die durch die Bewegungsinformationen repräsentierten Bewegungsrichtungen der Reflektionsabschnitte (130) als Radialgeschwindigkeitsvektoren (v_r) der Reflektionsabschnitte (130) des Fahrzeugs (100) verarbeitet oder interpretiert werden, um die Bewegungsrichtungskomponente (v₀) zu detektieren.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem ferner ein Schritt Nachverfolgens des Fahrzeugs (100) erfolgt, insbesondere wobei der Installationswinkel (α_Install) ferner unter Verwendung einer Information über das nachverfolgte Fahrzeug (100) iterativ bestimmt wird.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem ferner ein Schritt des statistischen Erfassens der Auftrittswahrscheinlichkeit von Positionen der Reflektionsabschnitte (130) erfolgt, um die Fahrspur (170) des Fahrzeugs (100) zu erhalten, wobei der Installationswinkel (α_Install) unter Verwendung der erhaltenen Fahrspur (170) ermittelt wird.
Verfahren (550) zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln eines Installationswinkels (α_Install) zwischen der Fahrbahn (170), auf der das Fahrzeug (100) fährt, und der Erfassungsrichtung (122) des Mess- bzw. Radarsensors (105) gemäß einem Verfahren (500) der vorangegangenen Ansprüche; und - Erfassen (560) einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) unter Verwendung des ermittelten Installationswinkels (α_Install).
Vorrichtung (110) mit Einrichtungen (135, 140, 145, 150), die ausgebildet ist, um die Schritte eines Verfahrens (500, 550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm mit Programmcode, der ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (500, 550) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 anzusteuern, auszuführen und/oder umzusetzen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 10 gespeichert ist.